Relaxation de l'ion Cr³⁺ seul et en présence d'impuretés dans des monocristaux d'alumine en résonance paramagnétique électronique^*

Laboratoire Radioélectricité de la Faculté des Sciences de Clermont-Ferrand (Professeur G. Raoult) 94, Avenue Carnot — F. 6) - Clermont-Ferrand, France

Résumé

Des mesures préliminaires des largeurs de raies et des temps de relaxation spin-réseau de l'ion Cr³⁺ dans différents monocristaux de rubis ont été effectuées à 9 300 MHz.

Les impuretés, ou des conséquences de leur présence, peuvent intervenir dans les mécanismes d'élargissement des raies et les processus de relaxation.

Des « rubis dopés » au fer, au vanadium, au nickel ou au magnésium sont fabriqués. L'introduction des impuretés provoque un élargissement des raies et une diminution des temps de relaxation de Cr³⁺. Des minimums de ceux-ci sont observés aux croisements des raies de Cr³⁺ avec celles de Fe³⁺, V³⁺ et Ni³⁺. Ils sont en général très accentués dans les cas de V³⁺ et Ni³⁺. Les lois de variation des temps de relaxation de Cr³⁺ avec la température entre 1,3 et 4,2° K sont déterminées pour des échantillons de concentrations différentes.

Les résultats expérimentaux conduisent à envisager plusieurs hypothèses de mécanismes de relaxation : modèles de Schumacher et Nisida, relaxation simultanée des deux systèmes d'ions en présence, cross relaxation avec des paires d'ions.

Abstract

Preliminary measurements of linewidth and spin-lattice relaxation time of Cr³⁺ ion in several single crystals of ruby have been carried at 9 300 MHz.

Impurities, or consequence of their presence, can be taken into account in the broadening mechanisms and the relaxation processes.

« Doped rubies » with iron, vanadium, nickel or magnesium have been grown. Impurities produce a line broadening and a decreasing of the relaxation times of Cr³⁺. Minimums of these are observed at crossing points of the lines of Cr³⁺ with those of Fe³⁺, V³⁺ and Ni³⁺. Generally, they are very important with V³⁺ and Ni³⁺ . The variation laws of the relaxation times of Cr³⁺ with temperature, between 1,3 and 4,2° K, have been investigated in samples with different concentrations.

Experimental results lead to consider several relaxation mechanisms : Schumacher and Nisida models, simultaneous relaxation of the two ions systems, cross relaxation with pairs.